Ciri-ciri, fungsi, suhu stratosfera

The stratosfera Ia adalah salah satu lapisan atmosfer bumi, yang terletak di antara troposfera dan mesosfera. Ketinggian batas bawah stratosfera berbeza-beza, tetapi boleh diambil sejauh 10 km untuk latitud tengah planet ini. Had atasnya adalah ketinggian 50 km di permukaan bumi.

Atmosfer bumi adalah sampul surat gas yang mengelilingi planet ini. Menurut komposisi kimia dan variasi suhu, ia dibahagikan kepada 5 lapisan: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera dan eksosfera.

Troposfera memanjang dari permukaan bumi hingga ketinggian 10 km. Lapisan seterusnya, stratosfera, bergerak dari 10 km ke 50 km di atas permukaan Bumi.

Mesosfera berkisar dari ketinggian 50 km hingga 80 km. Termosfera dari 80 km ke 500 km, dan akhirnya eksosfera itu dari ketinggian 500 km hingga 10,000 km, yang menjadi had dengan ruang antara planet.

Indeks

• 1 Ciri-ciri stratosfera
  • 1.1 Lokasi
  • 1.2 Struktur
  • 1.3 Komposisi kimia
• 2 Suhu
• 3 Pembentukan ozon
• 4 Fungsi
• 5 Pemusnahan lapisan ozon
  • 5.1 Sebatian CFC
  • 5.2 Nitrogen oksida
  • 5.3 Penipisan dan lubang di lapisan ozon
  • 5.4 Perjanjian antarabangsa mengenai sekatan terhadap penggunaan CFC
• 6 Mengapa kapal terbang tidak terbang di stratosfera?
  • 6.1 Pesawat yang terbang di troposfera
  • 6.2 Kenapa perlu penegasan bilik?
  • 6.3 Penerbangan di stratosfera, pesawat supersonik
  • 6.4 Kekurangan pesawat supersonik yang dikembangkan setakat ini
• 7 Rujukan

Ciri-ciri stratosfera

Lokasi

Stratosfera terletak di antara troposfera dan mesosfera. Batasan bawah lapisan ini berbeza dengan garis lintang atau jarak ke garis daratan khatulistiwa.

Di kutub planet ini, stratosfera bermula antara 6 dan 10 km di atas permukaan bumi. Di khatulistiwa ia bermula di antara ketinggian 16 dan 20 km. Had atas adalah 50 km di atas permukaan bumi.

Struktur

Stratosfera mempunyai strukturnya sendiri dalam lapisan, yang ditentukan oleh suhu: lapisan sejuk di bahagian bawah, dan lapisan panas berada di atas.

Juga, stratosfera mempunyai lapisan di mana terdapat kepekatan ozon yang tinggi, yang dipanggil lapisan ozon atau ozonosfera, iaitu antara 30 hingga 60 km di atas permukaan bumi.

Komposisi kimia

Komponen kimia yang paling penting dalam stratosfera adalah ozon. 85 hingga 90% daripada jumlah ozon hadir di atmosfer bumi adalah dalam stratosfera.

Ozon terbentuk di stratosfera dengan cara reaksi fotokimia (reaksi kimia di mana campur tangan ringan) yang menderita oksigen. Kebanyakan gas di stratosfera masuk dari troposfera.

Stratosfera mengandungi ozon (O.₃), nitrogen (N₂), oksigen (O₂), oksida nitrogen, asid nitrik (HNO)₃), asid sulfurik (H₂SO₄), silikat dan sebatian halogen, seperti klorofluorokarbon. Sebahagian daripada zat ini berasal dari letusan gunung berapi. Kepekatan wap air (H₂Atau dalam keadaan gas) di stratosfera, ia sangat rendah.

Dalam stratosfera, campuran gas secara vertikal sangat lambat dan praktikal nih, kerana tidak ada pergolakan. Atas sebab ini, sebatian kimia dan bahan lain yang memasuki lapisan ini kekal di dalamnya untuk jangka masa yang lama.

Suhu

Suhu di stratosfera membentangkan tingkah laku terbalik kepada yang di troposfera. Dalam lapisan ini suhu meningkat dengan ketinggian.

Peningkatan suhu ini disebabkan oleh berlakunya tindak balas kimia yang melepaskan haba, di mana ozon campur tangan (O₃). Dalam stratosfera terdapat sejumlah besar ozon, yang menyerap radiasi ultraviolet tenaga tinggi dari Matahari.

Stratosfera adalah lapisan stabil, tanpa pergolakan yang menggabungkan gas. Udara sejuk dan padat di bahagian paling rendah dan di bahagian paling tinggi ia panas dan ringan.

Pembentukan ozon

Dalam oksigen molekul stratosfera (O₂) dipisahkan oleh kesan radiasi ultraviolet (UV) dari Matahari:

O₂  +  UV LIGHT → O + O

Atom oksigen (O) sangat reaktif dan bertindak balas dengan molekul oksigen (O₂) untuk membentuk ozon (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  Haba

Dalam proses ini haba dilepaskan (reaksi eksotermik). Reaksi kimia ini adalah sumber haba di stratosfera dan berasal dari suhu tinggi di lapisan atas.

Fungsi

Stratosfera ini memenuhi fungsi perlindungan semua bentuk kehidupan yang ada di planet Bumi. Lapisan ozon menghalang radiasi sinaran ultraviolet (UV) tinggi dari mencapai permukaan bumi.

Ozon menyerap cahaya ultraviolet dan terurai kepada oksigen atom (O) dan oksigen molekul (O₂), seperti yang ditunjukkan oleh reaksi kimia berikut:

O₃  + UV LIGHT → O + O₂

Dalam stratosfera, proses pembentukan dan pemusnahan ozon berada dalam keseimbangan yang mengekalkan kepekatan berterusannya.

Dengan cara ini, lapisan ozon berfungsi sebagai perisai pelindung terhadap sinaran UV, yang merupakan penyebab mutasi genetik, kanser kulit, pemusnahan tanaman dan tumbuhan secara umum.

Pemusnahan lapisan ozon

Sebatian CFC

Sejak tahun 1970-an, para penyelidik telah menyatakan keprihatinan besar tentang kesan berbahaya klorofluorokarbon (CFCs) pada lapisan ozon..

Pada tahun 1930 penggunaan sebatian chlorofluorocarbon yang dipanggil freon komersil diperkenalkan. Antaranya ialah CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Freon 12), C₂F₃Cl₃ (Freon 113) dan C₂F₄Cl₂ (Freon 114). Sebatian-sebatian ini mudah dimampatkan, agak tidak aktif dan tidak mudah terbakar.

Mereka mula digunakan sebagai penyejuk dalam penghawa dingin dan peti sejuk, menggantikan ammonia (NH₃) dan sulfur dioksida (SO)₂) cecair (sangat toksik).

Selepas itu, CFC telah digunakan dalam kuantiti yang besar dalam pembuatan barangan plastik pakai buang, sebagai bahan dorong untuk produk komersil dalam bentuk aerosol dalam tin, dan sebagai pelarut untuk membersihkan kad peranti elektronik.

Penggunaan CFC yang meluas dan berskala besar telah menyebabkan masalah alam sekitar yang serius, kerana yang digunakan dalam industri dan penggunaan bahan pendingin dilepaskan ke atmosfera.

Di atmosfera, sebatian ini menyebar secara perlahan ke dalam stratosfera; dalam lapisan ini mereka mengalami penguraian kerana radiasi UV:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Atom klorin bertindak balas dengan mudah dengan ozon dan memusnahkannya:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Satu atom klorin tunggal boleh memusnahkan lebih daripada 100,000 molekul ozon.

Oksida nitrogen

NOx dan NOx nitrogen oksida₂ Mereka bertindak balas dengan memusnahkan ozon. Kehadiran oksida nitrogen ini dalam stratosfera adalah disebabkan oleh gas yang dikeluarkan oleh enjin pesawat supersonik, kepada pelepasan dari aktiviti manusia di Bumi, dan aktiviti gunung berapi.

Penipisan dan lubang di lapisan ozon

Pada tahun 1980-an, didapati bahawa lubang di lapisan ozon telah terbentuk di atas kawasan Kutub Selatan. Dalam bidang ini jumlah ozon telah dikurangkan sebanyak separuh.

Ia juga mendapati bahawa di atas Kutub Utara dan sepanjang stratosfera, lapisan ozon telah menipis, iaitu, ia telah mengurangkan lebarnya kerana jumlah ozon telah menurun dengan ketara.

Kehilangan ozon di stratosfera mempunyai akibat yang serius untuk kehidupan di planet ini, dan beberapa negara telah menerima bahawa pengurangan drastik atau penghapusan lengkap penggunaan CFC diperlukan dan mendesak..

Perjanjian antarabangsa untuk menyekat penggunaan CFC

Pada tahun 1978, banyak negara mengharamkan penggunaan CFC sebagai bahan penaja untuk produk komersil dalam bentuk aerosol. Pada tahun 1987 majoriti negara perindustrian menandatangani Protokol Montreal yang dipanggil, perjanjian antarabangsa di mana matlamat telah ditetapkan untuk pengurangan secara beransur-ansur pengilangan CFC dan jumlah penghapusannya pada tahun 2000.

Beberapa negara telah melanggar Protokol Montreal, kerana pengurangan dan penghapusan CFC ini akan mempengaruhi ekonomi mereka, meletakkan kepentingan ekonomi sebelum pemeliharaan kehidupan di planet Bumi.

Mengapa kapal terbang tidak terbang di stratosfera?

Semasa penerbangan pesawat ada 4 daya asas: angkat, berat kapal terbang, rintangan dan tujah.

Lif adalah daya yang memegang pesawat dan menolaknya; semakin tinggi kepadatan udara, semakin tinggi daya angkat. Berat, sebaliknya, adalah daya yang graviti bumi menarik pesawat ke arah tengah bumi.

Rintangan adalah daya yang melambatkan atau menghalang kemajuan pesawat. Daya rintangan ini bertindak ke arah yang bertentangan dengan trajektori pesawat.

Dorong adalah daya yang bergerak ke hadapan pesawat. Seperti yang kita lihat, tolakan dan angkat memihak kepada penerbangan; tindakan berat dan rintangan untuk merugikan penerbangan pesawat.

Pesawat itu mereka terbang di troposfera

Pesawat komersial dan awam ke jarak pendek, menerbangkan kira-kira 10,000 meter tinggi, iaitu, di paras atas troposfera.

Dalam semua kapal terbang adalah perlu ada tekanan dari kabin, yang terdiri daripada pam udara mampat di dalam kokpit kapal terbang.

Kenapa tekanan gerai diperlukan?

Apabila pesawat naik ke ketinggian yang lebih tinggi, tekanan atmosfera luaran berkurangan dan kandungan oksigen juga berkurang.

Sekiranya udara bertekanan tidak dibekalkan ke kabin, penumpang akan mengalami hipoksia (atau penyakit gunung), dengan gejala seperti keletihan, pening, sakit kepala dan kehilangan kesedaran kerana kekurangan oksigen.

Jika kerosakan berlaku dalam bekalan udara termampat untuk kabin atau penyahmampatan, kecemasan di mana pesawat itu mesti turun serta-merta sekarang, dan semua penghuni perlu memakai topeng oksigen.

Penerbangan di stratosfera, pesawat supersonik

Pada ketinggian yang lebih tinggi seluas 10,000 meter dalam stratosfera, ketumpatan lapisan gas yang lebih kecil, dan oleh itu daya angkat yang nikmat penerbangan adalah juga lebih rendah.

Sebaliknya, pada ketinggian yang tinggi kandungan oksigen (O₂) Dalam udara adalah lebih rendah, dan ini diperlukan untuk kedua-dua pembakaran bahan api diesel yang kuasa enjin pesawat untuk tekanan kabin yang berkesan.

Pada ketinggian yang lebih tinggi sebanyak 10,000 meter di atas permukaan bumi, pesawat itu telah pergi ke kelajuan yang sangat tinggi, yang dipanggil Supersonic, melebihi 1,225 km / h di paras laut.

Kelemahan pesawat supersonik yang dibangunkan hingga sekarang

Penerbangan supersonik menghasilkan letupan sonik yang dipanggil, bunyi yang sangat kuat sama dengan guruh. Bunyi-bunyi ini memberi kesan negatif terhadap haiwan dan manusia.

Selain itu, ini pesawat supersonik perlu menggunakan bahan api yang lebih, dan oleh itu menghasilkan lebih banyak bahan pencemar pesawat terbang pada ketinggian yang rendah.

Pesawat supersonik memerlukan enjin yang lebih berkuasa dan bahan khas yang mahal untuk pembuatannya. Penerbangan komersil sangat mahal dari segi ekonomi yang pelaksanaan mereka tidak menguntungkan.

Rujukan

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, dan et. (2017). Penilaian wap air troposfera dan stratosferik atas dan ozon dalam reanalyses sebagai sebahagian daripada S-RIP. Kimia Atmosfera dan Fizik. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et semua. (2019). Peristiwa Vortex Polar Stratosferik Lemah dimodulasi oleh Kehilangan Laut-Artik Arktik. Jurnal Penyelidikan Geofizik: Atmosfera. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et semua. (2019). Gandingan Dinamik Troposfera-Stratosfera Mengenai Kepelbagaian Jet yang Didorong oleh Atlantik Utara. Agensi Sains dan Teknologi Jepun. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A.A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. et semua. (2015). Pengaruh stratospherik pada aliran jet tropospherik, trek ribut dan cuaca permukaan. Alam 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Pertukaran stratosfera-troposfera: Kajian, dan apa yang telah kami pelajari daripada STACCATO. Jurnal Penyelidikan Geofizik: Atmosfera. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Pengurangan Ozon Stratosferik. Dalam: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Dua Puluh Tahun Penurunan Ozon. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5